DE69833973T2

DE69833973T2 - ELECTRODE AND DEVICE FOR MEASURING CELL POTENTIALS

Info

Publication number: DE69833973T2
Application number: DE69833973T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Katano-shi Sugihara; Hirakata Garden Hills 913 Hiroaki Hirakata-shi OKA; Ken Irvine SHIMONO; Ryuta Moriguchi-shi OGAWA; Makoto Irvine TAKETANI
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: ATE321267T1; JP2002523726A; CA2316213A1; WO1999034202A1; JPH11187865A; TW424026B; CN1192231C; JP3577459B2; CA2316213C; EP1040345A1; EP1040345B1; KR100433913B1; CN1284166A; DE69833973D1; KR20010033620A

Abstract

This invention relates to a low impedance cell potential measuring electrode assembly typically having a number of microelectrodes on an insulating substrate and having a wall enclosing the region including the microelectrodes. The device is capable of measuring electrophysiological activities of a monitored sample using the microelectrodes while cultivating those cells or tissues in the region of the microelectrodes. The invention utilizes independent reference electrodes to lower the impedance of the overall system and to therefore lower the noise often inherent in the measured data. Optimally the microelectrodes are enclosed by a physical wall used for controlling the atmosphere around the monitored sample.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine impedanzarme Elektrodenanordnung zur Messung von Zellpotentialen, normalerweise mit einer Anzahl von Mikroelektroden auf einem isolierenden Substrat und mit einer Wand, die den Bereich mit den Mikroelektroden einschließt. Die Vorrichtung ist in der Lage, elektrophysiologische Aktivitäten einer überwachten Probe unter Verwendung der Mikroelektroden zu messen, während diese Zellen oder Gewebe im Bereich der Mikroelektroden kultiviert werden. Die Erfindung nutzt unabhängige Referenzelektroden, um die Impedanz des Gesamtsystems zu verringern und dadurch das Rauschen zu verringern, das den Meßdaten häufig eigen ist. Optimal sind die Mikroelektroden von einer physischen Wand umschlossen, die zur Steuerung der Atmosphäre um die überwachte Probe verwendet wird.The The invention relates to a low impedance electrode assembly for measurement of cell potentials, usually with a number of microelectrodes on an insulating substrate and with a wall covering the area with the microelectrodes. The device is in able to use electrophysiological activities of a supervised sample to measure the microelectrode while these cells or tissues are cultured in the area of the microelectrodes become. The invention uses independent reference electrodes to To reduce the impedance of the whole system and thereby the noise to reduce that to the measured data often is own. Optimal, the microelectrodes of a physical Wall, which is used to control the atmosphere around the monitored sample.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Vorrichtungen zur Messung von Zellpotentialen sind bisher entwickelt worden, um die Aktivität oder das elektrische Potential, das durch eine Aktivität von Nervenzellen, anderen Zellen oder Geweben entsteht, zu messen (z. B. in der japanische Patentschrift Kokai 8-62 209), ohne Glaselektroden oder dergleichen in die Zellen einzuführen.devices to measure cell potentials have been developed so far the activity or the electrical potential caused by nerve cell activity, other cells or tissues arises to measure (for example, in the Japanese Patent Kokai 8-62 209), without glass electrodes or the like to introduce into the cells.

Die Messung eines Zellpotentials durch Einfügen einer Glaselektrode oder dergleichen in die Zelle kann diese Zelle zerstören. Eine Langzeitmessung des Zellpotentials ist sehr schwierig. Es ist ferner schwierig, mehrere Positionen gleichzeitig zu messen; es besteht eine Grenze für die Anzahl der Elektroden, die man in einer Meßelektrodenanordnung plazieren kann, und es ist ebenso schwierig, die Position der Probe über Meßelektroden angemessen zu bestimmen. Dagegen ermöglicht die Verwendung einer Elektrode zur Messung von Zellpotentialen mit mehreren Mikroelektroden auf einem Substrat (mit einer Wand zum Einschließen eines Bereichs mit den Mikroelektroden) die Kultivierung der Zellen innerhalb des Bereichs, der von der Wand eingeschlossen ist, und die gleichzeitige Messung des Potentials von mehreren Positionen, ohne diese Zellen zu zerstören.The Measuring a cell potential by inserting a glass electrode or such in the cell can destroy this cell. A long term measurement of the Cell potential is very difficult. It is also difficult to have several To measure positions simultaneously; there is a limit to the number the electrodes that are placed in a Meßelektrodenanordnung can, and it is just as difficult, the position of the sample via measuring electrodes to be determined appropriately. In contrast, the use of a Electrode for measuring cell potentials with several microelectrodes on a substrate (with a wall for enclosing a region with the microelectrodes) the cultivation of cells within the range established by the Wall is included, and the simultaneous measurement of the potential from multiple positions without destroying these cells.

Diese Vorrichtungen zur Messung von Zellpotentialen messen das Zellpotential gegen ein Referenzpotential. Eine solche Möglichkeit ist beschrieben in Hinblick auf Kokai 8-62 209 (zur Patentfamilie von EP-A- 0 689 051 gehörig). Wenn 64 Mikroelektroden in acht Spalten und acht Reihen angeordnet sind, kann theoretisch unter Verwendung einer Mikroelektrode als Referenzpotential (d. h. als eine gemeinsame Referenzelektrode, die mit dem Potential des Kulturmediums verbunden ist) das Zellpotential der anderen 63 Positionen gleichzeitig unter Verwendung der verbleibenden 63 Mikroelektroden gemessen werden.These Devices for measuring cell potentials measure the cell potential against a reference potential. Such a possibility is described in With regard to Kokai 8-62 209 (belonging to the patent family of EP-A-0 689 051). If 64 microelectrodes arranged in eight columns and eight rows can theoretically using a microelectrode as reference potential (i.e. H. as a common reference electrode that matches the potential of the Culture medium) the cell potential of the other 63 positions simultaneously using the remaining 63 microelectrodes be measured.

Wenn jedoch sehr niedrige oder Mikropotentiale als Zellpotentiale gemessen werden, ist Rauschen ein Problem. Der Rauschpegel ändert sich erheblich in Abhängigkeit von der Auswahl des Typs und der Lage der Referenzelektrode. Wenn, wie oben erwähnt, eine Mikroelektrode als Referenzelektrode verwendet wird, ist eine gleichzeitige Messung des Potentials bei 63 Positionen unter Verwendung der 63 verbleibenden Mikroelektroden wegen des hohen Rauschpegels unmöglich. Wenn die Referenzelektroden und die Meßelektroden einander 1:1 entsprechen, kann das Potential bei einem sehr niedrigen Rauschpegelzustand gemessen werden. Aber wenn 64 Mikroelektroden verwendet werden, die beispielsweise 32 Referenzelektroden und 32 Meßelektroden entsprechen, können nur 32 Positionen gleichzeitig gemessen werden.If however, very low or micropotentials were measured as cell potentials noise is a problem. The noise level changes considerably dependent on the choice of the type and location of the reference electrode. If, as mentioned above, a microelectrode is used as a reference electrode is a simultaneous measurement of the potential at 63 positions using the 63 remaining microelectrodes impossible because of the high noise level. If the reference electrodes and the measuring electrodes correspond to each other 1: 1, For example, the potential can be measured at a very low noise level condition become. But if 64 microelectrodes are used, for example 32 reference electrodes and 32 measuring electrodes can correspond only 32 positions can be measured simultaneously.

In der Theorie muß man jedoch die Anzahl der Referenzelektroden begrenzen, um das Potential an möglichst vielen Positionen gleichzeitig zu messen.In one must have the theory however limit the number of reference electrodes to the potential preferably to measure many positions simultaneously.

Wie in 14 von Kokai 8-62 209 gezeigt, werden acht Mikroelektroden in einer Reihe als Referenzelektroden verwendet, und sieben Meßelektroden sind jeweils mit je einer der Referenzelektroden korreliert, so daß das Potential gleichzeitig an 7 × 8 = 56 Positionen gemessen werden kann. Wenn 56 Mikroelektroden als Meßelektroden verwendet werden, d. h. unter Verwendung von acht Mikroelektroden in einer Reihe als Referenzelektroden, beträgt der Verlust an Meßstellen etwa 12% im Vergleich zu dem Fall, wenn alle 64 oder 63 Stück als Meßelektroden verwendet werden. Selbst wenn sieben Meßelektroden bei einer Referenzelektrode verwendet werden, ist das Rauschen dennoch sehr groß. Es ist sehr schwierig, aus dem Rauschen eine kleine Änderung im Zellpotential zu detektieren.As in 14 of Kokai 8-62209, eight microelectrodes in a row are used as reference electrodes, and seven measuring electrodes are each correlated with each of the reference electrodes, so that the potential can be measured simultaneously at 7 × 8 = 56 positions. When 56 microelectrodes are used as measuring electrodes, that is, using eight microelectrodes in a row as reference electrodes, the loss of measuring sites is about 12% compared to the case where all 64 or 63 pieces are used as measuring electrodes. Even if seven measuring electrodes are used with a reference electrode, the noise is still very large. It is very difficult to detect from the noise a small change in cell potential.

Wenn außerdem, wie in 14 von Kokai 8-62 209 gezeigt, ein Segment S einer Zelle oder eines Gewebes an den mehreren Mikroelektroden plaziert wird, sollte das Segment S nicht in der Reihe der Mikroelektroden plaziert werden, die als Referenzelektroden verwendet werden. Eine solche Plazierung erfordert Geschicklichkeit und ist schwierig, da das Segment mit einer Pinzette gehalten und bewegt werden muß, während das Segment unter einem Mikroskop beobachtet wird. Es ist extrem schwierig, das Segment S so anzuordnen, daß die acht Mikroelektroden in einer Reihe vollständig freiliegen, während die verbleibenden 56 Mikroelektroden vollständig vom Segment bedeckt sind. Wenn das Segment S so angeordnet ist, daß es die acht Mikroelektroden in einer Reihe vollständig freilegt, liegen gewöhnlich einige der verbleibenden 56 frei, und somit verringert sich die Anzahl der Positionen für eine gleichzeitige Messung.If, in addition, as in 14 As shown by Kokai 8-62209, a segment S of a cell or tissue is placed on the plurality of microelectrodes, the segment S should not be placed in the row of microelectrodes used as reference electrodes. Such a placement requires skill and is difficult because the segment must be held and moved with tweezers while the segment is being observed under a microscope. It is extremely difficult to arrange segment S so that the eight microelectrodes in a row are completely exposed, while the remaining 56 microelectrodes are completely covered by the segment. When the segment S is arranged to be the eight microelectrodes in one row, some of the remaining 56 are usually free, and thus the number of positions for a simultaneous measurement decreases.

Sensors and Actuators B, Vol. B24, Nr. 1/03, Teil 1, März 1995, S. 300–303 offenbart eine Anordnung von Arbeitselektroden mit entsprechenden Referenzelektroden, die in nächster Nähe zu den Arbeitselektroden positioniert sind.sensor and Actuators B, Vol. B24, No. 1/03, Part 1, March 1995, pp. 300-303 an arrangement of working electrodes with corresponding reference electrodes, the next Close to the working electrodes are positioned.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Die Erfindung soll diese Probleme lösen. Die Erfindung stellt eine Elektrode zur Messung von Zellpotentialen bereit, die gegen Rauschen weniger anfällig und dennoch in der Lage ist, das Potential an vielen Positionen durch effektive Nutzung aller verfügbaren Mikroelektroden gleichzeitig zu messen, wenn die Positionierung nicht sehr genau ist, wenn das zu messende Zell- oder Gewebesegment angeordnet wird.The Invention is intended to solve these problems. The invention provides an electrode for measuring cell potentials ready, the less susceptible to noise and yet able is the potential in many positions through effective use all available Measure microelectrodes simultaneously when positioning is not very accurate when the cell or tissue segment to be measured is arranged.

Die erfindungsgemäße Zellpotentialmeßelektrode weist vorzugsweise auf: mehrere Mikroelektroden auf einem isolierenden Substrat, eine Leiterstruktur zum Verbinden der Mikroelektroden mit einem bestimmten Bereich außerhalb der Mikroelektrodenfläche, elektrische Kontakte, die mit dem Ende der Leiterstruktur verbunden sind, einen Isolierfilm, der die Oberfläche der Leiterstruktur überzieht, und eine Wand, die den Bereich mit den Mikroelektroden auf der Oberfläche des Isolierfilms einschließt. Die erfindungsgemäßen Referenzelektroden haben eine vergleichsweise niedrigere Impedanz als die Impedanz der Meßmikroelektroden. Sie sind jeweils an mehreren Positionen in dem Bereich, der von der Wand eingeschlossen ist, angeordnet und häufig in einem spezifischen Abstand von den Mikroelektroden. Die elektrischen Kontakte sind ferner normalerweise zwischen die Leiterstruktur zur Verdrahtung jeder Referenzelektrode und das Ende der Leiterstruktur geschaltet. Die Oberfläche der Leiterstruktur zur Verdrahtung der Referenzelektroden ist normalerweise mit einem Isolierfilm überzogen.The Cell potential measuring electrode according to the invention preferably comprises: a plurality of microelectrodes on an insulating one Substrate, a conductor structure for connecting the microelectrodes with a specific area outside the microelectrode area, electrical contacts connected to the end of the conductor structure are an insulating film that covers the surface of the conductor structure, and a wall covering the area with the microelectrodes on the surface of the Insulating film includes. The reference electrodes according to the invention have a comparatively lower impedance than the impedance the measuring microelectrodes. They are each at several positions in the area covered by The wall is enclosed, arranged and often in a specific Distance from the microelectrodes. The electrical contacts are also normally between the conductor structure for wiring each reference electrode and the end of the conductor structure connected. The surface the conductor pattern for wiring the reference electrodes is normally coated with an insulating film.

Da erfindungsgemäß an mehreren Positionen exklusive Referenzelektroden vorgesehen sind, die von dem Bereich mit den mehreren Meßelektroden entfernt sind, ist es einfach, das Zellprobensegment so anzuordnen, daß alle Mikroelektroden überzogen sind, während kein Kontakt zu den Referenzelektroden besteht. Die Referenzelektrode hätte normalerweise zum Beispiel eine größere Fläche als eine Meßmikroelektrode und hat somit eine kleinere Impedanz. Daher ist der Rauschpegel klein, auch wenn sie gemeinsam mit mehreren Referenzpotentialen verbunden ist, um Meßpositionen zu bilden. Gemeinsame Referenzelektroden können daher mit mehreren Meßmikroelektroden verwendet werden. Da jede der mehreren Referenzelektroden für mehrere Meßmikroelektroden zuständig ist, können die Zellpotentiale außerdem ohne weiteres gleichzeitig unter Verwendung aller Mikroelektroden gemessen werden.There according to the invention at several Positions exclusive reference electrodes are provided by the area with the several measuring electrodes removed, it is easy to arrange the cell sample segment that all Coated with microelectrodes are while there is no contact with the reference electrodes. The reference electrode would normally have for example, a larger area than one Meßmikroelektrode and thus has a smaller impedance. Therefore, the noise level small, even when shared with several reference potentials connected to measuring positions to build. Common reference electrodes can therefore with multiple Meßmikroelektroden be used. Since each of the multiple reference electrodes for multiple measurement microelectrodes responsible is, can the cell potentials as well readily simultaneously using all microelectrodes be measured.

Vorzugsweise sind die mehreren Referenzelektroden in nahezu gleichen Entfernungen vom Bereich der mehreren Mikro elektroden und in Intervallen von nahezu gleichem Winkel angeordnet. Unter "Intervallen von nahezu gleichem Winkel" verstehen wir, daß, wenn der Bereich der mehreren Mikroelektroden von oben gesehen wird, die mehreren Referenzelektroden sich in gleichwinkligen Strahlen von dem Bereich erstrecken. Besonders bevorzugt sind die mehreren Mikroelektroden in einer rechteckigen Matrix angeordnet, und vier der Referenzelektroden sind an einer Verlängerung von Diagonalen des Bereichs vorgesehen, der diese rechteckige Matrix hält. In einer solchen symmetrischen Plazierung wird der Rauschpegel jeder Mikroelektrode Bemittelt.Preferably are the multiple reference electrodes in almost the same distances from the area of several microelectrodes and at intervals of arranged almost the same angle. By "intervals of nearly equal angle" we mean that if the area of multiple microelectrodes is seen from above the multiple reference electrodes are in equiangular rays extend from the area. Particularly preferred are the plurality Microelectrodes arranged in a rectangular matrix, and four the reference electrodes are at an extension of diagonals of the Provided area that holds this rectangular matrix. In a Such symmetric placement will increase the noise level of each microelectrode Averaged.

Als spezifisches Beispiel befinden sich die Mikroelektroden in einer Matrixanordnung in einem Rechteck mit Seiten von beispielsweise 0,8 bis 2,2 mm (bei einem Mikroelektrodenrastermaß von 300 μm) oder 0,8 bis 3,3 mm (bei einem Mikroelektrodenrastermaß von 450 μm). Vier Referenzelektroden befinden sich an vier Ecken eines Rechtecks von 5 bis 15 mm auf einer Seite. Besonders bevorzugt sind 64 Mikroelektroden in acht Reihen und acht Spalten mit mittigen Rastermaßen von etwa 100 bis 450 μm, vorzugsweise 100 bis 300 μm, angeordnet.When specific example are the microelectrodes in one Matrix arrangement in a rectangle with sides of, for example 0.8 to 2.2 mm (at a microelectrode pitch of 300 μm) or 0.8 to 3.3 mm (with a microelectrode grid size of 450 μm). Four reference electrodes are at four corners of a rectangle of 5 to 15 mm one page. Particularly preferred are 64 microelectrodes in eight Rows and eight columns with central grid dimensions of about 100 to 450 microns, preferably 100 to 300 μm, arranged.

Um die Impedanz der Referenzelektroden so einzustellen, daß sie ausreichend kleiner ist als die Impedanz der Mikroelektroden, beträgt die Fläche der Referenzelektroden vorzugsweise das 4- bis 25fache (besonders bevorzugt das 16fache) der Fläche der Mikroelektroden. Als spezifisches Beispiel beträgt die Fläche jeder der Mikroelektroden vorzugsweise zwischen etwa 4 × 10² und 4 × 10⁴ μm², und die Fläche jeder der Referenzelektroden beträgt vorzugsweise zwischen etwa 64 × 10² und 64 × 10⁴ μm².In order to set the impedance of the reference electrodes to be sufficiently smaller than the impedance of the microelectrodes, the area of the reference electrodes is preferably 4 to 25 times (more preferably 16 times) the area of the microelectrodes. As a specific example, the area of each of the microelectrodes is preferably between about 4 × 10 ² and 4 × 10 ⁴ μm ² , and the area of each of the reference electrodes is preferably between about 64 × 10 ² and 64 × 10 ⁴ μm ² .

Vorzugsweise bestehen die Mikroelektroden und die Referenzelektroden aus dem gleichen Material, um den Herstellungsprozeß zu vereinfachen und einen Kostenvorteil zu erlangen. Vorzugsweise sind die Mikroelektroden und die Referenzelektroden aus Nickelplattierungs-, Goldplattierungs- und Platinmohrschichten auf einem Indium-Zinnoxid-(ITO-)Film ausgebildet. Nach der Platinierung beträgt die Impedanz der Referenzelektroden vorzugsweise zwischen 2 und 3 kΩ.Preferably consist of the microelectrodes and the reference electrodes from the same material to simplify the manufacturing process and one To gain cost advantage. Preferably, the microelectrodes and the reference electrodes of nickel plating, gold plating and platinum black layers formed on an indium tin oxide (ITO) film. After the platination is the impedance of the reference electrodes preferably between 2 and 3 kΩ.

Das isolierende Substrat (z. B. ein Glassubstrat) kann nahezu quadratisch sein. Mehrere elektrische Kontakte können mit dem Ende der Leiterstruktur verbunden und vorzugsweise an den vier Seiten des isolierenden Substrats angeordnet sein. Infolgedessen ist der Entwurf der Leitungsstrukturen mehrerer Mikroelektroden und Referenzelektroden einfach. Da die Rastermaße der elektrischen Kontakte relativ groß ausgeführt sein können, ist die elektrische Verbindung über die elektrischen Kontakte mit externen Einheiten auch einfach.The insulating substrate (eg, a glass substrate) may be nearly square. Multiple electrical contacts can connect to the end of the conductor connected and preferably be arranged on the four sides of the insulating substrate. As a result, designing the wiring patterns of a plurality of microelectrodes and reference electrodes is easy. Since the grid dimensions of the electrical contacts can be made relatively large, the electrical connection via the electrical contacts with external units is also simple.

Der Mikroelektrodenbereich ist normalerweise sehr klein. Wenn man die Probe unter einem Mikroskop beobachtet, ist es schwer, eine Position und vertikale und seitliche Richtungen zu unterscheiden. Es ist erwünscht, kennzeichnende Mikromarkierungen nahe dem Mikroelektrodenbereich anzuordnen, um eine optische Erkennung unter dem Mikroskop unter Variierung der Richtungen, Achsen und Position zu ermöglichen.Of the Microelectrode area is usually very small. If you have the Probe under a microscope, it is difficult to position and to distinguish vertical and lateral directions. It is he wishes, distinctive micro-marks near the microelectrode area to arrange for optical detection under the microscope To allow variation of directions, axes and position.

Die besonders bevorzugte erfindungsgemäße Zellpotentialmeßvorrichtung besteht aus einer Zellplazierungsvorrichtung mit Zellpotentialmeßelektroden, Kontaktstellen zur Kontaktherstellung mit einem elektrischen Kontakt und einem Elektrodenhalter zur Fixierung des isolierenden Substrats durch sandwichartige Anordnung von oben und unten. In einer Variante der Erfindung kann ein Signalprozessor nahe der Mikroelektrodenmatrix oder dem Mikroelektrodenbereich angeordnet sein. Die Zellpotentialmeßelektroden können elektrisch mit der Zellplazierungsvorrichtung verbunden sein, um eine Verarbeitung der Spannungssignale zu ermöglichen, die durch die Probe erzeugt werden und zwischen jeweiliger solcher Mikroelektrode und Referenzelektroden gemessen werden. Die Zellpotentialmeßanordnung weist normalerweise einen von einer Wand eingeschlossenen Bereich zur Kultivierung von Probenzellen oder -geweben auf. Sie weist auch vorzugsweise eine optische Vorrichtung zur Vergrößerung und optischen Beobachtung der Zellen oder Gewebe auf, die in dem von der Wand eingeschlossen Bereich kultiviert werden. Diese Zellpotentialmeßvorrichtung weist ferner vorzugsweise eine Bildspeichervorrichtung zur Speicherung des von der optischen Vorrichtung gewonnenen vergrößerten Bildes auf.The particularly preferred cell potential measuring device according to the invention consists of a cell placement device with cell potential measuring electrodes, Contact points for making contact with an electrical contact and an electrode holder for fixing the insulating substrate by sandwiching from above and below. In a variant The invention can provide a signal processor near the microelectrode matrix or the microelectrode region. The cell potential measuring electrodes can be electrically connected to the cell placement device to to allow processing of the voltage signals passing through the sample be generated and between respective such microelectrode and Reference electrodes are measured. The Zellpotentialmeßanordnung has usually a wall enclosed area for Cultivation of sample cells or tissues. She rejects, too preferably an optical device for magnification and optical observation of the cells or tissues trapped in the wall Cultivated area. This Zellpotentialmeßvorrichtung further preferably an image storage device for storing that of the optical Device obtained enlarged image on.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist ein Blockschaltbild, das eine Gesamtstruktur einer erfindungsgemäßen Zellpotentialmeßvorrichtung zeigt. 1 Fig. 10 is a block diagram showing an overall structure of a cell potential measuring apparatus according to the present invention.

2 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer Zellplazierungsvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Zellpotentialmeßelektrode. 2 Figure 11 is an exploded view of a cell placement device incorporating the cell potential measuring electrode of the present invention.

3 ist eine Teildraufsicht, die ein Beispiel von Mikroelektroden im Mittelteil der Zellpotentialmeßvorrichtung und eine Leiterstruktur zu ihrer Verdrahtung zeigt. 3 Fig. 10 is a partial plan view showing an example of microelectrodes in the center part of the cell potential measuring device and a wiring pattern to its wiring.

4 ist eine Draufsicht, die eine Gesamtstruktur einer Zellpotentialmeßelektrode zeigt. 4 Fig. 10 is a plan view showing a whole structure of a cell potential measuring electrode.

5 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer Zellpotentialmeßelektrode. 5 is a schematic representation of a portion of a Zellpotentialmeßelektrode.

6 ist eine Draufsicht und eine Seitenschnittansicht, die einen Zustand der Fixierung der Zellpotentialmeßelektrode durch sandwichartige Anordnung mit oberen und unteren Haltern zeigen. 6 FIG. 10 is a plan view and a side sectional view showing a state of fixing the cell potential measuring electrode by sandwiching upper and lower holders. FIG.

7 ist eine perspektivische Ansicht der Zellpotentialmeßelektrode und des oberen und unteren Halters aus 6. 7 FIG. 12 is a perspective view of the cell potential measuring electrode and the upper and lower holders. FIG 6 ,

8 ist eine Seitenansicht von Kontaktmetallverbindungsstücken, die im oberen Halter vorgesehen sind. 8th Fig. 10 is a side view of contact metal connectors provided in the upper holder.

9 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Rauschpegel bei 50 μm² großen Referenzelektroden zeigt, die in der Zellpotentialmeßelektrode vorgesehen sind. 9 FIG. 12 is a waveform diagram showing a noise level at 50 μm ² reference electrodes provided in the cell potential measuring electrode.

10 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Rauschpegel bei 200 μm² großen Referenzelektroden zeigt, die in der Zellpotentialmeßelektrode vorgesehen sind. 10 FIG. 12 is a waveform diagram showing a noise level at 200 μm ² reference electrodes provided in the cell potential measuring electrode.

11 ist ein Diagramm, das die zentralen sieben Meßstellen innerhalb des Meßbereichs der Zellpotentialmeßelektrode zeigt. 11 is a diagram showing the central seven measuring points within the measuring range of the Zellpotentialmeßelektrode.

12 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Zellpotentialmeßverfahrens unter Verwendung einer herkömmlichen Zellpotentialmeßelektrode zeigt. 12 Fig. 10 is a block diagram showing an example of a cell potential measuring method using a conventional cell potential measuring electrode.

Beschreibung der Erfindungdescription the invention

1 zeigt ein typisches Beispiel einer gesamten Zellpotentialmeßvorrichtung, die eine Zellpotentialmeßelektro de und eine Referenzelektrode verwendet, die erfindungsgemäß hergestellt sind. Diese Zellpotentialmeßvorrichtung weist auf: eine integrierte Zellplazierungsvorrichtung 1, die die erfindungsgemäße Zellpotentialmeßelektrode enthält, eine optische Beobachtungsvorrichtung 20 mit einem umgekehrten Mikroskop 21 zur optischen Messung der in der Zellplazierungsvorrichtung 1 plazierten Probe oder Zellen, einen Computer 30 zur Verabreichung eines Stimulussignals an die Zellen und zur Verarbeitung des Ausgangssignals der Zellen und ein Zellkultursystem 40 zur Aufrechterhaltung einer Kulturatmosphäre um die Probe herum. 1 Fig. 14 shows a typical example of an entire cell potential measuring apparatus using a cell potential measuring electrode and a reference electrode made according to the present invention. This cell potential measuring device comprises: an integrated cell placement device 1 comprising the cell potential measuring electrode according to the invention, an optical observation device 20 with an inverted microscope 21 for optically measuring the in the cell placement device 1 placed sample or cells, a computer 30 for delivering a stimulus signal to the cells and for processing the output signal of the cells and a cell culture system 40 to maintain a culture atmosphere around the sample.

Zusätzlich zu dem umgekehrten Mikroskop 21, auf dem die Zellplazierungsvorrichtung 1 angeordnet ist, kann die optische Beobachtungsvorrichtung 20 auch eine SIT-Kamera 22 für das Mikroskop 21, eine hochauflösende Anzeige 23 und eine Bildspeichervorrichtung 24 aufweisen. Die hochauflösende Anzeige 23 kann auch als Anzeige für den Computer 30 verwendet werden.In addition to the inverted microscope 21 on which the cell placement device 1 is arranged, the optical observation device 20 also a SIT camera 22 for the microscope 21 , a high-resolution ad 23 and an image storage device 24 exhibit. The high-resolution display 23 Can also be used as an ad for the computer 30 be used.

Der Computer 30 ist normalerweise ein Personalcomputer (PC), in dem Meßsoftware installiert ist. Der Computer 30 und die Zellplazierungsvorrichtung 1 sind über eine E/A-Karte zur Messung verbunden. Die E/A-Karte weist einen A/D-Umsetzer 31 und einen D/A-Umsetzer 32 auf. Der A/D-Umsetzer 31 dient normalerweise zum Messen und Umsetzen der resultierenden Potentiale; der D/A-Umsetzer 32 ist bestimmt für Stimulussignale an die Probe. Beispielsweise hat der A/D-Umsetzer 31 16 Bit und 64 Kanäle und der D/A-Umsetzer 32 hat 16 Bit und 8 Kanäle.The computer 30 is usually a personal computer (PC) in which measurement software is installed. The computer 30 and the cell placement device 1 are connected via an I / O card for measurement. The I / O card has an A / D converter 31 and a D / A converter 32 on. The A / D converter 31 normally serves to measure and convert the resulting potentials; the D / A converter 32 is intended for stimulus signals to the sample. For example, the A / D converter has 31 16 bits and 64 channels and the D / A converter 32 has 16 bits and 8 channels.

Die im Computer 30 installierte Meßsoftware kann Software zum Einstellen von Bedingungen zur Verabreichung eines Stimulussignals, zur Bildung des Stimulussignals und zum Aufzeichnen des gewonnenen Detektionssignals aufweisen. Unter Verwendung einer solchen Meßsoftware kann der Computer 30 eine Einrichtung zum Verabreichen eines Stimulussignals an die Zellen und eine Einrichtung zum Verarbeiten des von den Zellen detektierten Signals aufweisen. Der Computer 30 kann auch die optische Beobachtungsvorrichtung (SIT-Kamera und Bildspeichervorrichtung) und das Zellkultursystem steuern.The in the computer 30 installed measuring software may include software for setting conditions for delivering a stimulus signal, for forming the stimulus signal, and for recording the acquired detection signal. Using such a measuring software, the computer 30 a device for administering a stimulus signal to the cells and a device for processing the signal detected by the cells. The computer 30 may also control the optical observation device (SIT camera and image memory device) and the cell culture system.

Ein Überblick über die Funktionalität der erwünschten Meßsoftware wird nachstehend bildschirmweise beschrieben.An overview of the functionality the desired Measurement Software will be described below by screen.

Auf einem Parametereinstellbildschirm können komplizierte Stimulusbedingungen durch Zeichnen einer Stimuluswellenform auf dem Bildschirm unter Verwendung einer Tastatur oder einer Maus eingestellt werden. Wenn die Einstellung einer Aufzeichnungsbedingung 64 Eingangskanälen und einer Abtastrate von 10 kHz entspricht, kann der Computer eine nachfolgende Aufzeichnung für mehrere Stunden durchführen. Außerdem können Elektroden zur Verabreichung eines Stimulussignals und Elektroden zur Aufnahme des Detektionssignals von den Zellen dadurch gewählt werden, daß die auf dem Bildschirm angezeigten Mikroskopbilder mittels der Maus oder des Computer-Stifts ausgesucht werden. Die Temperatur, der pH und andere Bedingungen des Zellkultursystems 40 werden vorzugsweise über die Tastatur eingestellt.On a parameter setting screen, complicated stimulus conditions can be set by drawing a stimulus waveform on the screen using a keyboard or a mouse. When setting a recording condition 64 Input channels and a sampling rate of 10 kHz, the computer can perform a subsequent recording for several hours. In addition, electrodes for delivering a stimulus signal and electrodes for receiving the detection signal from the cells can be selected by selecting the microscope images displayed on the screen by means of the mouse or the computer pen. Temperature, pH and other conditions of the cell culture system 40 are preferably set via the keyboard.

Auf einem Aufzeichnungsbildschirm kann das Spontanaktivitätspotential oder das induzierte Potential, das an den Zellen detektiert wird, in Echtzeit angezeigt werden. Daneben können die aufgezeichnete Spontanaktivität, das Potential oder das induzierte Potential durch Überlagerung mit dem Mikroskopbild der Zelle angezeigt werden. Wenn das induzierte Potential gemessen wird, wird die gesamte aufgezeichnete Wellenform angezeigt. Wenn das Spontanaktivitätspotential gemessen wird, durch die Impulsspitzendetektionsfunktion unter Verwendung eines Fensterdiskriminators oder Wellenformdiskriminators, wird die aufgezeichnete Wellenform nur dann angezeigt, wenn die Erzeugung von Spontanaktivität detektiert wird. Zusammen mit der Anzeige der aufgezeichneten Wellenform können Meßparameter (z. B. Stimulusbedingung, Aufzeichnungsbedingungen, Temperatur, pH usw.) auch in Echtzeit angezeigt werden. Eine Alarmfunktion ist vorgesehen zur Warnung, wenn die Temperatur oder der pH den zulässigen Bereich verläßt.On a recording screen may have the spontaneous activity potential or the induced potential detected on the cells, be displayed in real time. In addition, the recorded spontaneous activity, the potential or the induced potential by overlaying with the microscope image the cell will be displayed. When the induced potential is measured If you select, the entire recorded waveform is displayed. If the spontaneous activity potential is measured by the pulse peak detection function using a Window discriminator or waveform discriminator, the recorded Waveform displayed only when the generation of spontaneous activity detected becomes. Along with the display of the recorded waveform, measurement parameters (eg stimulus condition, recording conditions, temperature, pH, etc.) can also be displayed in real time. An alarm function is provided for warning when the temperature or the pH is the allowable range leaves.

Was die Datenanalyse oder -verarbeitung betrifft, so sind die Fourier-Funktionstransformations-(FFT-)Analyse, Kohärenzanalyse und Korrelationsanalyse auch erwünscht. Verwendbare Funktionen können u. a. sein: Einzelimpulsspitzentrennfunktion unter Verwendung einer Wellenformunterscheidung, Zeitprofilanzeigefunktion, Topographieanzeigefunktion und Stromquellendichteanalysefunktion. Die Analyseergebnisse können ange zeigt werden durch Überlagerung mit den in der Bildspeichervorrichtung gespeicherten Mikroskopbildern.What concerning data analysis or processing, Fourier function transformation (FFT) analysis, coherence analysis and correlation analysis also desired. Usable functions can u. a. its: single pulse peak separation function using a Waveform discrimination, time profile display function, topography display function and power source density analysis function. The analysis results can be displayed be through overlay with the microscope images stored in the image storage device.

Wenn ein Stimulussignal vom Computer 30 ausgegeben wird, wird dieses Stimulussignal über den D/A-Umsetzer 32 und ein Trennglied 33 an die Zellplazierungsvorrichtung gesendet. Die Zellplazierungsvorrichtung 1 weist eine Zellpotentialmeßelektrode auf, die, wie später beschrieben wird, aus 64 Mikroelektroden auf einem Glassubstrat in einer Matrixform bestehen kann und eine Umschließungswand, damit die Probe (z. B. Segmente von Zellen oder Geweben) mit den Mikroelektroden und ihrem Kulturfluid in Kontakt gehalten werden kann. Das an die Zellplazierungsvorrichtung 1 gesendete Stimulussignal wird an beliebige Elektroden von den 64 Mikroelektroden und dann an die Probe oder Proben angelegt.When a stimulus signal from the computer 30 is output, this stimulus signal is sent through the D / A converter 32 and a separator 33 sent to the cell placement device. The cell placement device 1 has a cell potential measuring electrode which, as will be described later, may consist of 64 microelectrodes on a glass substrate in a matrix form and an enclosing wall for keeping the sample (e.g., segments of cells or tissues) in contact with the microelectrodes and their culture fluid can be. The to the cell placement device 1 sent stimulus signal is applied to any electrodes of the 64 microelectrodes and then to the sample or samples.

Das induzierte, evozierte oder spontane Potential, das zwischen jeder Mikroelektrode und dem Referenzpotential auftritt (das dem Potential des Kulturfluids entspricht), wird über einen hochempfindlichen Verstärker 34 mit 64 Kanälen und den A/D-Umsetzer 31 in den Computer 30 übergeben. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 34 kann z. B. in einem Frequenzband von etwa 0,1 bis 10 kHz oder bis 20 Hz beispielsweise etwa 80 bis 100 dB sein. Wenn man jedoch das Potential mißt, das von einem Stimulussignal induziert wird, dann ist bei Verwendung eines Tiefenabsenkungsfilters das Frequenzband 100 Hz bis 10 kHz. Spontane Potentiale sind gewöhnlich im Bereich von 100 Hz bis 20 Hz.The induced, evoked or spontaneous potential that occurs between each microelectrode and the reference potential (which corresponds to the potential of the culture fluid) is transmitted through a high sensitivity amplifier 34 with 64 channels and the A / D converter 31 in the computer 30 to hand over. The amplification factor of the amplifier 34 can z. Example, in a frequency band of about 0.1 to 10 kHz or 20 Hz, for example, be about 80 to 100 dB. However, if one measures the potential induced by a stimulus signal, then using a subsidence filter, the frequency band is 100 Hz to 10 kHz. Spontaneous potentials are usually in the range of 100 Hz to 20 Hz.

Das Zellkultursystem 40 weist normalerweise einen Temperaturregler 41, eine Kulturfluidzirkulationsvorrichtung 42 und eine Zuführeinrichtung 43 zum Zuführen beispielsweise eines Mischgases aus Luft und Kohlendioxid auf. Das Zellkultursystem 40 kann statt dessen aus einem handelsüblichen Mikroinkubator, einem Temperaturregler und einem CO₂-Zylinder bestehen. Der Mikroinkubator kann verwendet werden, um einen Temperaturbereich von 0 bis 50 °C mittels eines Peltier-Elements zu steuern, und ist auf eine Flüssigkeitszuführungsrate von 3,0 ml/min oder weniger und eine Gasdurchflußrate von 1 l/min oder weniger anwendbar. Oder es kann ein Mikroinkubator mit einem Temperaturregler verwendet werden.The cell culture system 40 usually has a temperature controller 41 , a culture fluid circula tion device 42 and a feeder 43 for supplying, for example, a mixed gas of air and carbon dioxide. The cell culture system 40 may instead consist of a commercial Mikroinkubator, a temperature controller and a CO ₂ cylinder. The microincubator can be used to control a temperature range of 0 to 50 ° C by means of a Peltier element, and is applicable to a liquid feed rate of 3.0 ml / min or less and a gas flow rate of 1 l / min or less. Or a micro incubator with a temperature controller can be used.

Die Struktur der Zellplazierungsvorrichtung 1 (in 1 gezeigt) wird ausführlicher mit Bezug auf die in 2 gezeigte auseinandergezogene Ansicht beschrieben. Die bevorzugte Zellplazierungsvorrichtung 1 kann bestehen aus: einer Zellpotentialmeßelektrode (auch als integrierte Mehrfachelektrode oder Mikroelektrodenanordnung bezeichnet) 2 mit einer zylindrischen Wand 6, die auf einem transparenten Glassubstrat vorgesehen ist und mehrere Mikroelektroden in ihrem Innenbereich hat, Haltern 3, 4, die in zwei Abschnitte zur Fixierung der Zellpotentialmeßelektrode 2 durch sandwichartige Anordnung von oben und unten geteilt sind, und einer gedruckten Leiterplatte 5 zum Fixieren der Halter.The structure of the cell placement device 1 (in 1 shown) will be described in more detail with reference to in 2 shown exploded view described. The preferred cell placement device 1 may consist of: a Zellpotentialmeßelektrode (also referred to as integrated multiple electrode or microelectrode assembly) 2 with a cylindrical wall 6 which is provided on a transparent glass substrate and has a plurality of microelectrodes in its interior, holders 3 . 4 , which are divided into two sections for fixing the Zellpotentialmeßelektrode 2 sandwiched top and bottom, and a printed circuit board 5 for fixing the holder.

3 zeigt die Einzelheiten des Glassubstrats. Die Größe des Glassubstrats zur Bildung der Zellpotentialmeßelektrode (integrierte Mehrfachelektrode) 2 kann eine Dicke von 1,1 mm und eine Größe von etwa 50 mm² haben. Im Mittelteil des Glassubstrats sind 64 Mikroelektroden 11 in einer Matrixform von 8 × 8 ausgebildet. Die Mikroelektroden sind gegeneinander und gegen die Referenzelektroden isoliert. Eine Leiterstruktur 12 zur Verdrahtung ist mit jeder Mikroelektrode 11 verbunden. Die Mikroelektrode 11 kann etwa 50 μm² groß sein und der Abstand zwischen den Mittelpunkten angrenzender Elektroden ist etwa 150 μm. Die dargestellten 64 Mikroelektroden 11 sind daher in einer Matrix von 8 × 8 dargestellt, eine Seite des ausgebildeten rechteckigen Bereichs ist etwa 1,1 mm. 3 shows the details of the glass substrate. The size of the glass substrate for forming the cell potential measuring electrode (integrated multiple electrode) 2 may have a thickness of 1.1 mm and a size of about 50 mm ² . In the middle part of the glass substrate are 64 microelectrodes 11 formed in a matrix form of 8x8. The microelectrodes are isolated from each other and from the reference electrodes. A ladder structure 12 for wiring is with each microelectrode 11 connected. The microelectrode 11 may be about 50 microns ² large and the distance between the centers of adjacent electrodes is about 150 microns. The illustrated 64 microelectrodes 11 are therefore shown in a matrix of 8x8, one side of the formed rectangular area is about 1.1 mm.

Obwohl die Beschreibung der Erfindung viele spezifische Angaben zu bestimmten Größen und Flächen enthält, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt; diese sind lediglich als Richtwerte zu verstehen und sind nicht entscheidend für die Erfindung, wenn dies nicht ausdrücklich angegeben ist.Even though the description of the invention provides a lot of specific information on certain Contains sizes and areas is the invention is not limited thereto; these are just as Standard values are to be understood and are not decisive for the invention, though not explicitly is specified.

Außerdem sind, wie in 4 gezeigt, Referenzelektroden 10 an vier Positionen auf Linien ausgebildet, die sich von Diagonalen des rechteckigen Bereichs im Mittelteil des Glassubstrats erstrecken, in dem die Mikroelektroden angeordnet sind. Die Referenzelektroden sind gegeneinander und gegen die Mikroelektroden isoliert. Diese Referenzelektroden 10 sind auch mit den elektrischen Kontakten 7, die an vier Seiten des Glassubstrats angeordnet sind, durch die Leiterstruktur 12 zur Verdrahtung verbunden wie die Mikroelektroden 11. Die Referenzelektroden 10 sind in dem gleichen Prozeß wie die Mikroelektroden 11 hergestellt, wie nachstehend ausgeführt, aber ihre Größe ist im allgemeinen erheblich größer als die der Mikroelektroden 11, die beispielsweise ein Rechteck von etwa 200 μm Seitenlänge bilden. Daher ist die rechteckige Fläche im Vergleich zu einer der 50 μm² großen Mikroelektroden 11 größer, vorzugsweise etwa 16mal größer, und bei diesem Verhältnis ist die Impedanz der Referenzelektroden 10 kleiner als die Impedanz der Mikroelektroden 11.Besides, as in 4 shown, reference electrodes 10 formed at four positions on lines extending from diagonals of the rectangular area in the central part of the glass substrate in which the microelectrodes are arranged. The reference electrodes are isolated from each other and from the microelectrodes. These reference electrodes 10 are also with the electrical contacts 7 , which are arranged on four sides of the glass substrate, through the conductor pattern 12 connected to the wiring like the microelectrodes 11 , The reference electrodes 10 are in the same process as the microelectrodes 11 as noted below, but their size is generally significantly greater than that of the microelectrodes 11 , for example, form a rectangle of about 200 microns page length. Therefore, the rectangular area is compared to one of the 50 μm ² large microelectrodes 11 greater, preferably about 16 times larger, and at this ratio is the impedance of the reference electrodes 10 smaller than the impedance of the microelectrodes 11 ,

Die Positionen der Referenzelektroden 10 sind vorzugsweise auf Linien, die sich von den Diagonalen des rechtwinkligen Bereichs im Mittelteil des Glassubstrats erstrecken, in dem die Mikroelektroden 11 angeordnet sind. Die Referenzelektroden 10 in dieser Variante befinden sich etwa 6 mm von der Mitte des rechteckigen Bereichs. Das heißt, sie sind an vier Ecken eines Quadrats von etwa 8,5 mm Seitenlänge angeordnet.The positions of the reference electrodes 10 are preferably on lines extending from the diagonals of the rectangular area in the central part of the glass substrate in which the microelectrodes 11 are arranged. The reference electrodes 10 in this variant are located about 6 mm from the center of the rectangular area. That is, they are arranged at four corners of a square of about 8.5 mm side length.

Außerdem befinden sich, wie in 4 gezeigt, auf jeder der vier Seiten des Glassubstrats 17 elektrische Kontakte 7. Diese elektrischen Kontakte 7 sind (einzeln) an jeder der 64 Mikroelektroden 11 und vier Referenzelektroden 10 über die Leiterstruktur 12 angebracht. Das Rastermaß der 17 elektrischen Kontakte ist vorzugsweise vom Rastermaß 1,27 mm des universellen Verbinders beabstandet. Der Herstellungsprozeß dieser integrierten Mehrfachelektrode 2 ist nachstehend mit Bezug auf die Schnittansicht in 5 beschrieben. Die Darstellung in 5 ist zum besseren Verständnis nicht maßstabsgetreu.There are also, as in 4 shown on each of the four sides of the glass substrate 17 electrical contacts 7 , These electrical contacts 7 are (individually) on each of the 64 microelectrodes 11 and four reference electrodes 10 about the ladder structure 12 appropriate. The pitch of the 17 electrical contacts is preferably spaced from the grid of 1.27 mm of the universal connector. The manufacturing process of this integrated multiple electrode 2 is described below with reference to the sectional view in FIG 5 described. The representation in 5 is not to scale for clarity.

Auf die Oberfläche eines Glassubstrats 13 wird ein ITO(Indium-Zinnoxid-)Film in einer Dicke von 150 nm aufgebracht, und eine Leiterstruktur 12 wird mittels Photoresist und Ätzung ausgebildet. Ein negativer lichtempfindlicher Polyimidfilm von etwa 1,4 μm Dicke wird darauf aufgebracht, und ein Isolierfilm 14 wird ausgebildet. Auf Abschnitten der Mikroelektroden 11 (oder als Alternative der Referenzelektroden 10) und der elektrischen Kontakte 7 wird der ITO-Film belichtet, und eine Nickelplattierung 15 von 500 nm Dicke und eine Goldplattierung 16 von 50 nm Dicke werden dann aufgebracht.On the surface of a glass substrate 13 An ITO (indium-tin oxide) film is deposited to a thickness of 150 nm, and a conductor pattern 12 is formed by photoresist and etching. A negative photosensitive polyimide film of about 1.4 μm in thickness is applied thereon, and an insulating film 14 is being trained. On sections of the microelectrodes 11 (or as an alternative to the reference electrodes 10 ) and the electrical contacts 7 the ITO film is exposed, and a nickel plating 15 of 500 nm thickness and gold plating 16 of 50 nm thickness are then applied.

Ein Polystyren- oder Glaszylinderteil 6, das einer Wand mit etwa 22 mm Innendurchmesser, etwa 25 mm Außendurchmesser und 8 mm Höhe entspricht, kann dann auf dem Mittelteil des Glassubstrats unter Verwendung eines Silikonklebers angeordnet werden (siehe 2 und 4). Ein stark bevorzugter Kleber ist ein RTV-(Kaltvulkanisations-)Silikonkautschuk, insbesondere solche, die ein säurehärtendes System verwenden. Diese haben wegen der Essigsäure, die während des Härtungsschritts entsteht, einen niedrigen Toxizitätsgrad. Zwei geeignete Varianten sind u. a. KE42T (Shin-Etsu-Silikon) und Silastic Medical Adhesive Silicone Typ A (Dow Corning). Ein zylindrisches Wandteil 6 ist zwar dargestellt, aber die Wand kann oval sein, um einen besseren Zugriff auf die Probe zu ermöglichen. Das Wandteil 6 ist in der Mitte des Glassubstrats befestigt, d. h. in einem Zustand, der mit dem Mittelteil des rechteckigen Bereichs ausgerichtet ist, in dem die 64 Mikroelektroden angeordnet sind. In dem Bereich, der von diesem zylindrischen Teil 6 umgeben ist, werden die Zellen oder Gewebe kultiviert. Dieses zylindrische Teil 6 ist beispielsweise mit einer wäßrigen Lösung von 1 Gew.-% Chlorplatinsäure, 0,01 Gew.-% Bleiacetat und 0,0025 Gew.-% Salzsäure gefüllt, und wenn ein Strom von 20 mA/cm² für eine Minute durchgeleitet wird, wird Platinmohr 11a (oder als Alternative Referenzelektroden-Platinmohr 10a) auf den Oberflächen der Mikroelektroden 11 und der Referenzelektroden 10 abgeschieden.A polystyrene or glass cylinder part 6 , which corresponds to a wall of about 22 mm in inner diameter, about 25 mm in outer diameter and 8 mm in height, can then be placed on the central part of the glass substrate using a silicone adhesive (see 2 and 4 ). A highly preferred adhesive is a RTV (cold vulcanization) silicone rubber, especially those using an acid cure system. These have because the acetic acid that forms during the hardening step, a low toxicity level. Two suitable variants include KE42T (Shin-Etsu silicone) and Silastic Medical Adhesive Silicone Type A (Dow Corning). A cylindrical wall part 6 Although shown, the wall may be oval to allow better access to the sample. The wall part 6 is fixed in the center of the glass substrate, that is, in a state aligned with the center part of the rectangular area in which the 64 microelectrodes are arranged. In the area of this cylindrical part 6 surrounded, the cells or tissues are cultured. This cylindrical part 6 is filled, for example, with an aqueous solution of 1% by weight of chloroplatinic acid, 0.01% by weight of lead acetate and 0.0025% by weight of hydrochloric acid, and when a current of 20 mA / cm ^{2 is passed} for one minute platinum black 11a (or alternatively reference electrode platinum black 10a ) on the surfaces of the microelectrodes 11 and the reference electrodes 10 deposited.

Der Bereich im zylindrischen Teil 6 wird gelegentlich als der "Messungsbereich" bezeichnet, der die Fläche umfaßt, die die Mikroelektroden 11 und die Referenzelektroden 10 einschließt. Es liegt ferner im Schutzbereich der Erfindung, daß die Referenzelektroden auf der Innenfläche des zylindrischen Teils 6 angeordnet sind.The area in the cylindrical part 6 is sometimes referred to as the "measurement area" that encompasses the area that the microelectrodes 11 and the reference electrodes 10 includes. It is also within the scope of the invention for the reference electrodes to be on the inner surface of the cylindrical member 6 are arranged.

In einer Ecke der integrierten Mehrfachelektrode 2 ist eine Hinweis- oder Pfeilmarkierung 17 vorgesehen, die die Richtung anzeigt. Diese Pfeilmarkierung 17 kann im gleichen Herstellungsprozeß wie die Mikroelektroden 11 und die Referenzelektroden 10 hergestellt werden. Die Oberfläche ist jedoch lediglich mit Goldplattierung beschichtet, und Platinmohr wird nicht ausgebildet. Die Länge und Breite der Pfeilmarkie rung 17 sind beide etwa 5 mm. Außerdem ist nahe einer Ecke des rechteckigen Bereichs, wo die Mikroelektroden 11 angeordnet sind, eine kleine Hinweismarkierung, z. B. eine Mikromarkierung 18, ähnlich der Pfeilmarkierung vorgesehen. Diese Mikromarkierung 18 ist nicht mit bloßem Auge erkennbar, aber das gleiche Muster wie die Pfeilmarkierung 17 ist in einer vergrößerten Ansicht durch eine optische Beobachtungsvorrichtung der Meßvorrichtung zu erkennen, so daß die Richtung, Position, Achsen usw. identifiziert werden können. Wie die Pfeilmarkierung 17 kann die Mikromarkierung 18 auch im gleichen Herstellungsprozeß wie die Mikroelektroden 11 und die Referenzelektroden 10 hergestellt werden.In one corner of the integrated multiple electrode 2 is a hint or arrow mark 17 provided that indicates the direction. This arrow mark 17 can in the same manufacturing process as the microelectrodes 11 and the reference electrodes 10 getting produced. However, the surface is only plated with gold plating and platinum black is not formed. The length and width of Pfeilmarkie tion 17 Both are about 5 mm. It is also near a corner of the rectangular area where the microelectrodes 11 are arranged, a small hint mark, z. B. a micro-mark 18 , similar to the arrow mark provided. This micro-mark 18 is not visible to the naked eye, but the same pattern as the arrow mark 17 can be seen in an enlarged view by an optical observation device of the measuring device, so that the direction, position, axes, etc. can be identified. Like the arrow mark 17 can the micro-mark 18 also in the same manufacturing process as the microelectrodes 11 and the reference electrodes 10 getting produced.

In 2 ist die integrierte Mehrfachelektrode 2 sandwichartig zwischen Haltern 3, 4 angeordnet. Eine elektrische Verbindung ist genauso ausgeführt. Die Halter 3, 4 sind normalerweise aus Polymer. Der Stufenabschnitt wird verwendet, um den Rand der integrierten Mehrfachelektrode 2 zu halten, und die rechteckigen Öffnungen sind im Mittelteil ausgebildet. Der obere Halter 3 ist mit einem Paar Befestigungselementen 8 und mit 17 × 4 Paaren von Kontaktmetallflächen 9 versehen. Eine Draufsicht der Halter 3, 4, die die integrierte Mehrfachelektrode 2 sandwichartig einschließen und fixieren, ist in 6(A), ihre Seitenansicht (Schnitt B-B) in 6(B) und ihre perspektivische Hinteransicht in 7 gezeigt. Wie aus diesen Darstellungen hervorgeht, ist das Befestigungselement 8 auf Wellenzapfen 8a auf zwei gegenüberliegenden Seiten des oberen Halters 3 gelagert und dreht sich um diese. Wie in 7 gezeigt, sind Nuten 4a an zwei gegenüberliegenden Seiten der Rückseite des unteren Halters 4 ausgebildet. Vorsprünge 8b des Befestigungselements 8 sind in Nuten 4a eingefügt, und die oberen und unteren Halter 3, 4 sind fest in einem Zustand des sandwichartigen Haltens der integrierten Mehrfachelektrode 2 angeordnet.In 2 is the integrated multiple electrode 2 sandwiched between holders 3 . 4 arranged. An electrical connection is exactly the same. The holders 3 . 4 are usually made of polymer. The step section is used around the edge of the integrated multiple electrode 2 to hold, and the rectangular openings are formed in the middle part. The upper holder 3 is with a pair of fasteners 8th and with 17 × 4 pairs of contact metal surfaces 9 Mistake. A top view of the holders 3 . 4 containing the integrated multiple electrode 2 sandwich and fix is in 6 (A) , her side view (section BB) in 6 (B) and her perspective rear view in 7 shown. As can be seen from these illustrations, the fastener 8th on shaft journal 8a on two opposite sides of the upper holder 3 stored and turns around this. As in 7 shown are grooves 4a on two opposite sides of the back of the lower holder 4 educated. projections 8b of the fastener 8th are in grooves 4a inserted, and the upper and lower holders 3 . 4 are firmly in a state of sandwiching the integrated multiple electrode 2 arranged.

Insgesamt 68 Kontaktmetallverbindungsstücke 9, die am oberen Halter 3 vorgesehen sind, um den elektrischen Kontakten 7 der integrierten Mehrfachelektrode 2 zu entsprechen, können durch Verarbeitung elastischer und leitender Metallplatten, z. B. eine Be/Cu-Federlegierung, die mit Ni und Au plattiert ist, ausgebildet sein. Die Metallverbindungsstücke 9 haben eine Schnittfläche, wie in 8 gezeigt. Das heißt, sie bestehen aus einem Zapfen 9a, seinem Basisteil 9b und einem beweglichen Kontaktteil 9d, das sich vom Basisteil 9b über ein gekrümmtes Teil 9c erstreckt. Bei einer solchen Struktur kann das bewegliche Kontaktteil 9d elastisch vom Basisteil 9b weg verschoben werden. Im oberen Halter 3 sind Löcher zum Einfügen des Zapfens 9a des Kontaktmetallverbindungsstücks 9 und Nuten zum Einfügen des Basisteils 9b in 68 (17 × 4) Positionen ausgebildet.All in all 68 Contact metal connectors 9 at the top holder 3 are provided to the electrical contacts 7 the integrated multiple electrode 2 can be achieved by processing elastic and conductive metal plates, for. For example, a Be / Cu spring alloy plated with Ni and Au may be formed. The metal connectors 9 have a cut surface, as in 8th shown. That is, they consist of a pin 9a , its base part 9b and a movable contact part 9d extending from the base part 9b over a curved part 9c extends. In such a structure, the movable contact part 9d elastic from the base part 9b be moved away. In the upper holder 3 are holes for inserting the pin 9a of the contact metal connector 9 and grooves for inserting the base part 9b formed in 68 (17 × 4) positions.

Wenn, wie in 2 und 6(B) gezeigt, das Kontaktmetallverbindungsstück 9 in das Loch und die Nut eingefügt und darin fixiert ist, steht der Zapfen 9a vom oberen Halter 3 vor. Von den Kontaktmetallverbindungsstücken 9 gibt es zwei Typen, die sich in der Länge des Basisteils 9b unterscheiden. Die zwei Größen aufweisenden Verbindungsstücke 9 sind abwechselnd angeordnet, 16 Zapfen 9a, die vom oberen Halter 3 vorstehen, sind in zwei Zickzack-Reihen angeordnet. Wie später beschrieben wird, sind diese Zapfen 9a mit den Verbindern verbunden, die auf der gedruckten Leiterplatte 5 zur Verbindung mit der Außenwelt angeordnet sind.If, as in 2 and 6 (B) shown the contact metal connector 9 inserted into the hole and the groove and fixed therein, stands the pin 9a from the upper holder 3 in front. From the contact metal connectors 9 There are two types, which are in the length of the base part 9b differ. The two sizes connectors 9 are arranged alternately, 16 spigot 9a from the top holder 3 protrude, are arranged in two zigzag rows. As will be described later, these pins are 9a connected to the connectors on the printed circuit board 5 arranged to connect with the outside world.

Das bewegliche Kontaktteil 9d des Kontaktmetallverbindungsstücks 9 steht von der unteren Seite des oberen Halters 3 vor, wenn das Kontaktmetallverbindungsstück 9 in das Loch und die Nut des oberen Halters 3 eingefügt und darin befestigt wird. Wenn die Halter 3, 4 auf beiden Seiten der integrierten Mehrfachelektrode 2 fixiert sind, tritt das bewegliche Kontaktteil 9d jedes Kontaktmetallverbindungsstücks 9 mit dem elektrischen Kontakt 7 der integrierten Mehrfachelektrode 2 in Kontakt, und ein vorgegebener Kontaktdruck wird auf die Kontaktfläche durch elastische Deformation des gekrümmten Teils 9c ausgeübt. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontakte 7 zum Verbinden mit den Mikroelektroden 11 und den Referenzelektroden 10 der integrierten Mehrfachelektrode 2 über die Leiterstruktur 12 elektrisch mit einem niedrigen Kontaktwiderstand (30 mΩ oder weniger) im Vergleich zu dem der Kontaktmetallverbindungsstücke 9 verbunden.The movable contact part 9d of the contact metal connector 9 stands from the lower side of the upper holder 3 when the contact metal connector 9 into the hole and the groove of the upper holder 3 inserted and secured therein. If the holder 3 . 4 on both sides of the integrated multiple electrode 2 are fixed, the movable contact part occurs 9d every contact metal connection tee 9 with the electrical contact 7 the integrated multiple electrode 2 in contact, and a predetermined contact pressure is applied to the contact surface by elastic deformation of the curved part 9c exercised. In this way, the electrical contacts 7 for connecting to the microelectrodes 11 and the reference electrodes 10 the integrated multiple electrode 2 about the ladder structure 12 electrically with a low contact resistance ( 30 mΩ or less) as compared with that of the contact metal connectors 9 connected.

Wie oben erwähnt, werden die Halter 3, 4, die die integrierte Mehrfachelektrode 2 in einem Zustand des elektrischen Kontakts mit der integrierten Mehrfachelektrode 2 fest fixieren, mit der gedruckten Leiterplatte 5 elektrisch verbunden und an ihr befestigt, wie in 2 gezeigt. Die elektrische Verbindung von den Mikroelektroden 11 und der Referenzelektrode 10 der integrierten Mehrfachelektrode 2 zur Leiterstruktur 12, den elektrischen Kontakten 7 und den Kontaktmetallverbindungsstücken 9 ist ferner über die gedruckte Leiterplatte 5 mit der oben erwähnten Zellpotentialmeßvorrichtung verbunden. Die Handhabung der integrierten Mehrfachelektrode auf der Meßvorrichtung wird durch die Verwendung der gedruckten Leiterplatte 5 erleichtert.As mentioned above, the holders will 3 . 4 containing the integrated multiple electrode 2 in a state of electrical contact with the integrated multiple electrode 2 firmly fix, with the printed circuit board 5 electrically connected and attached to it, as in 2 shown. The electrical connection of the microelectrodes 11 and the reference electrode 10 the integrated multiple electrode 2 to the ladder structure 12 , the electrical contacts 7 and the contact metal connectors 9 is also over the printed circuit board 5 connected to the above-mentioned cell potential measuring device. The handling of the integrated multiple electrode on the measuring device is by the use of the printed circuit board 5 facilitated.

Wie ebenfalls in 2 gezeigt, kann die gedruckte Leiterplatte 5 beispielsweise aus einem zweiseitigen Glasepoxidharz-Substrat bestehen. Verbinder 5a sind auf der Rückseite von vier Positionen am Umfang der kreisförmigen Öffnung vorgesehen, die in der Mitte der gedruckten Leiterplatte 5 ausgebildet ist. Da 16 Zapfen 9a, die in zwei Zickzack-Reihen von den vier Positionen auf der Oberfläche des oberen Halters 3 vorstehen, in die einzelnen entsprechenden Verbinder 5a eingefügt sind, ist die Anordnung der integrierten Mehrfachelektrode 2 und der Halter 3, 4 auf der gedruckten Leiterplatte 5 befestigt und elektrisch verbunden.Like also in 2 shown, the printed circuit board 5 For example, consist of a two-sided glass epoxy resin substrate. Interconnects 5a are provided on the back of four positions on the circumference of the circular opening, which is in the middle of the printed circuit board 5 is trained. There are 16 cones 9a in two zigzag rows from the four positions on the surface of the upper holder 3 protrude into the individual corresponding connectors 5a are inserted, the arrangement of the integrated multiple electrode 2 and the holder 3 . 4 on the printed circuit board 5 attached and electrically connected.

An beiden Rändern 5b der gedruckten Leiterplatte 5 befinden sich elektrische Kontakte für beide Steckerleisten mit einem Rastermaß von 2,54 mm. Diese elektrischen Kontakte und die Mittelverbinder 5a sind in der Leiterstruktur 5c verbunden. Die innere Reihe der beiden Verbinder 5a ist durch die Oberflächenstruktur und die äußere Reihe durch die Rückseite der Struktur verdrahtet, und es sind je 34 auf der Oberfläche und auf den Rückseiten der beiden Ränder 5b, das heißt insgesamt 68 elektrische Kontakte, ausgebildet. Um die mechanische Fixierung sicher zu machen, kann der obere Halter 3 an der gedruckten Leiterplatte 5 durch Befestigung mit Schrauben angebracht werden.On both edges 5b the printed circuit board 5 There are electrical contacts for both power strips with a pitch of 2.54 mm. These electrical contacts and the center connectors 5a are in the ladder structure 5c connected. The inner row of the two connectors 5a is wired through the surface structure and the outer row through the back of the structure, and there are 34 each on the surface and on the backsides of the two edges 5b , that is a total of 68 electrical contacts formed. To make the mechanical fixation safe, the upper holder can 3 on the printed circuit board 5 be attached by fastening with screws.

Die Referenzelektroden 10 der integrierten Mehrfachelektrode 2 sind mit Bezug auf 4 beschrieben. Die Refe renzelektroden 10 werden normalerweise in das Kulturfluid als das Referenzpotential zur Messung des in jeder Mikroelektrode auftretenden Potentials eingetaucht. Daher ist jede Mikroelektrode 11 mit einem Eingang des Verstärkers 34 (1) verbunden, und die Referenzelektroden 10 sind mit den Referenzspannungsanschlüssen eines jeweiligen Verstärkers verbunden. Der 64-Kanal-Verstärker ist in vier Gruppen von je 16 Kanälen geteilt, und jede der vier Referenzelektroden ist gemeinsam mit dem Referenzspannungsanschluß einer Gruppe für 16 Kanäle verbunden.The reference electrodes 10 the integrated multiple electrode 2 are related to 4 described. The reference electrodes 10 are normally immersed in the culture fluid as the reference potential for measuring the potential appearing in each microelectrode. Therefore, every microelectrode is 11 with an input of the amplifier 34 ( 1 ), and the reference electrodes 10 are connected to the reference voltage terminals of a respective amplifier. The 64-channel amplifier is divided into four groups of 16 channels each, and each of the four reference electrodes is commonly connected to the reference voltage terminal of a 16-channel group.

Zunächst wird, wie aus 4 hervorgeht, bevorzugt, die vier Referenzelektroden 10 an Verlängerungen der Diagonalen des mittleren rechteckigen Bereichs, der die Mikroelektroden 11 enthält, zu positionieren. Im allgemeinen ist dies praktisch für die Verdrahtung. Um die Segmente der Zellen oder Gewebe auf einfache Weise so zu plazieren, daß alle 64 Mikroelektroden, aber nicht die vier Referenzelektroden überdeckt sind, sollte außerdem der Abstand zwischen dem mittleren rechteckigen Bereich, der die Mikroelektroden 11 darstellt, und den Referenzelektroden 10 so groß sein, wie es sinnvoll möglich ist. Wenn außerdem die vier Referenzelektroden 10 in gleichen Abständen von der Mitte des rechteckigen Bereichs plaziert werden, ist der Rauschpegel, der in jeder Mikroelektrode auftritt, im wesentlichen gleichmäßig. Obwohl die Positionen der Referenzelektroden oben genau angegeben sind, sollen die Zahlenwerte keine absoluten Werte sein, sondern nur Richtliniencharakter haben.First, how will 4 shows, preferably, the four reference electrodes 10 at extensions of the diagonals of the middle rectangular area containing the microelectrodes 11 contains, to position. In general, this is convenient for the wiring. In order to easily place the segments of the cells or tissues so that all 64 microelectrodes but not the four reference electrodes are covered, the distance between the central rectangular area containing the microelectrodes should also be 11 represents, and the reference electrodes 10 be as big as it makes sense. In addition, if the four reference electrodes 10 are placed at equal intervals from the center of the rectangular area, the noise level occurring in each microelectrode is substantially uniform. Although the positions of the reference electrodes are specified above, the numerical values should not be absolute values but only guideline.

Die Größe der Referenzelektroden 10 kann das 4- bis 64fache, vorzugsweise etwa das 16fache der Fläche einer Mikroelektrode betragen, wie oben erwähnt. Infolgedessen ist die Impedanz zwischen der Meßpotentialeingabeseite des Verstärkers und der Referenzpotentialeingabeseite ausgeglichen, und der Rauschpegel wird minimiert. Wenn die Mikroelektroden und Referenzelektroden beispielsweise in dem gleichen genannten Prozeß ausgebildet werden und die Fläche der Referenzelektrode 16mal so groß ist wie die der Mikroelektrode, sind die Impedanz der 16 Mikroelektroden und die Impedanz einer zuständigen Referenzelektrode nahezu gleich.The size of the reference electrodes 10 may be 4 to 64 times, preferably about 16 times the area of a microelectrode, as mentioned above. As a result, the impedance between the measuring potential input side of the amplifier and the reference potential input side is balanced, and the noise level is minimized. For example, when the microelectrodes and reference electrodes are formed in the same process as mentioned above and the area of the reference electrode is 16 times as large as that of the microelectrode, the impedance of the 16 microelectrodes and the impedance of a reference electrode are almost equal.

Beispielexample

Das Beispiel zeigt die Differenz des Rauschpegels zwischen einem System mit einer integrierten Mehrfachelektrode, z. B. der oben beschriebenen, und der Referenzelektroden von 50 μm² und 200 μm². 9 und 10 zeigen diese Vergleichsrauschpegel.The example shows the difference in noise level between a system with an integrated multiple electrode, e.g. B. the above-described, and the reference electrodes of 50 microns ² and 200 microns ² . 9 and 10 show these comparative noise levels.

Wir haben integrierte Mehrfachelektroden (wie z. B. in 4 dargestellt) mit jeweils Referenzelektroden von 50 μm² und Referenzelektroden von 200 μm² hergestellt. Die integrierten Mehrfachelektroden hatten jeweils zylindrische Teile 6. Das gleiche Kulturmedium, wie es normalerweise bei Gewebekultivierung verwendet wird, wurde im Inneren der zylindrischen Teile 6 plaziert. Um die resultierenden Signale auf das Rauschen zu begrenzen, wurde keine Zell- oder Gewebeprobe auf den Mikroelektroden plaziert. Wie in 11 gezeigt, wurden von den 64 Mikroelektroden die mittleren 7 Stellen (Kanäle 1 bis 5, 7, 8) gemessen.We have integrated multiple electrodes (such as in 4 shown), each with reference electrodes of 50 microns ² and reference electrodes of 200 microns ² produced. The integrated multiple elek Each of the electrodes had cylindrical parts 6 , The same culture medium normally used in tissue culture was inside the cylindrical parts 6 placed. To limit the resulting signals to noise, no cell or tissue sample was placed on the microelectrodes. As in 11 The mean 7 digits (channels 1 to 5, 7, 8) of the 64 microelectrodes were measured.

9 zeigt die Rauschwellenform der Referenzelektroden bei 50 μm² und 10 bei 200 μm². In jedem Diagramm ist die Spannung auf der Ordinatenachse 0,02 mV/Teilstrich, und die Zeit auf der Abszissenachse ist 5,0 ms/Teilstrich. Wie aus dem Vergleich zwischen 9 und 10 hervorgeht, ist der Rauschpegel deutlich kleiner, wenn die Referenzelektroden 200 μm² (10) im Vergleich zu Referenzelektroden von 50 μm² (9) sind. Wenn übrigens, wie in Bezug auf den Stand der Technik beschrieben, eine der 64 Mikroelektroden als die Referenzelektrode verwendet wurde, die für 16 Mikroelektroden zuständig war, war der Rauschpegel so groß wie in 9. 9 shows the noise waveform of the reference electrodes at 50 μm ² and 10 at 200 μm ² . In each diagram, the ordinate axis tension is 0.02 mV / division and the time on the abscissa axis is 5.0 ms / division. As from the comparison between 9 and 10 the noise level is significantly smaller when the reference electrodes are 200 μm ² ( 10 ) compared to reference electrodes of 50 μm ² ( 9 ) are. Incidentally, as described in relation to the prior art, when one of the 64 microelectrodes was used as the reference electrode which was responsible for 16 microelectrodes, the noise level was as large as in 9 ,

Wie hierin beschrieben ist, ist gemäß der erfindungsgemäßen Zellpotentialmeßelektrode und Vorrichtung der Rauscheffekt klein, und wenn die Positionierung beim Anordnen der zu messenden Segmente der Zellen oder Gewebe nicht sehr genau ist, werden alle Mikroelektroden effektiv genutzt, und an mehreren Punkten können Potentiale gleichzeitig gemessen werden.As described herein is according to the Zellpotentialmeßelektrode invention and device the noise effect small, and when positioning when placing the segments of cells or tissues to be measured is very accurate, all microelectrodes are used effectively, and at several points Potentials are measured simultaneously.

Claims

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) suitable for measuring an electric potential in a neural sample, comprising: a) a plurality of measuring microelectrodes ( 11 ) isolated against each other and placed on an insulating substrate ( 13 ) and form a Meßmikroelektrodenbereich b) a plurality of reference electrodes ( 10 ) insulated from each other and disposed on the insulating substrate outside the measuring microelectrode region, each of the plurality of reference electrodes having an impedance smaller than each of the measuring microelectrodes ( 11 ) when measured at 1 kHz, 50 mV in an electrolyte comprising the measurement range.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 1, wherein the area of each of the plurality of reference electrodes ( 10 ) is larger than the area of each of the plurality of measuring microelectrodes ( 11 ).

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 2, wherein the area of each of the plurality of reference electrodes ( 10 ) 4 to 25 times the area of each of the plurality of measuring microelectrodes (FIG. 11 ).

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 2, wherein the area of each of said plurality of measuring microelectrodes ( 11 ) 4 × 10 ² to 4 × 10 ⁴ μm ² , and the area of each of the plurality of reference electrodes (FIG. 10 ) 64 × 10 ² to 64 × 10 ⁴ μm ² .

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 1, wherein each of said plurality of measuring microelectrodes ( 11 ) is arranged in a matrix in the measurement area.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 5, wherein 64 microelectrodes ( 11 ) are arranged in eight rows and eight rows with central grid dimensions of 100 to 450 microns.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 1, wherein each of said plurality of measuring microelectrodes ( 11 ) and each of the plurality of reference electrodes ( 10 ) are connectable to a position outside the measurement range.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 1, wherein the measuring range is from a wall ( 6 ) is surrounded.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 8, wherein the wall ( 6 ) is circular.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 8, wherein the wall ( 6 ) is oval.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 1, further comprising: a conductor structure ( 12 ) for wiring the microelectrodes ( 11 ) and the reference electrodes ( 10 ); an electrical contact ( 7 ) connected to the end of the ladder structure; an insulating film ( 14 ) covering the surface of the conductor pattern; and a wall ( 6 ) including an area with the measuring microelectrode area and the reference electrodes for use in measuring electrophysiological activities while culturing cells or tissues in a wall enclosed area.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 11, wherein the plurality of reference electrodes ( 10 ) almost equidistant from the array of the multiple micros electrodes ( 11 ) and are arranged at intervals of nearly the same angle.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 12, wherein the plurality of microelectrodes ( 11 ) are arranged in a matrix in a rectangular area and four of the reference electrodes ( 10 ) are arranged on an extension of diagonals of the rectangular area.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 13, wherein the microelectrodes ( 11 ) 0.8 to 3.3 mm on one side of a rectangular area in matrix arrangement and the four reference electrodes ( 10 ) are arranged at four corners of a rectangular shape of 5 to 15 mm on one side.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 14, wherein 64 microelectrodes ( 11 ) are arranged in eight rows and eight lines with central grid dimensions of 100 to 450 microns.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 11, wherein the surface of the reference electrodes ( 10 ) 4 to 25 times the area of the microelectrodes ( 11 ).

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 16, wherein the surface of the reference electrodes ( 10 ) 16 times the area of the microelectrodes ( 11 ).

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 11, wherein the area of the microelectrodes ( 11 ) 4 × 10 ² to 4 × 10 ⁴ μm ² and the area of the reference electrodes ( 10 ) 64 × 10 ² to 64 × 104 μm ² .

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 11, wherein the microelectrodes ( 11 ) and the reference electrodes ( 10 ) consist of the same material.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 19, wherein the microelectrodes ( 11 ) and the reference electrodes ( 10 ) are formed by depositing nickel plating, gold plating and platinum black on an indium-tin oxide film.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 11, wherein the insulating substrate ( 13 ) is nearly square and has several electrical contacts ( 7 ), which coincide with the end of the ladder structure ( 12 ) are distributed and arranged on four sides of the insulating substrate.

Electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to claim 11, wherein hinting marks ( 17 ) for optically detecting the direction at magnification near the array areas of the microelectrodes ( 11 ) are provided.

A device for measuring cell potentials comprising: a cell placement device ( 1 ) with an electrode arrangement for measuring cell potentials ( 2 ) according to one of claims 11 to 22 and a contact metal ( 9 ) for making contact with their electrical contact ( 7 ) and with an electrode holder ( 3 . 4 ) for fixing the insulating substrate ( 13 ) by sandwiching top and bottom, a signal processor ( 30 ) associated with the cell placement device ( 1 ) is electrically connected to process voltage signals passing between each microelectrode ( 11 ) and reference electrode ( 10 ) of the cell potential measuring electrode ( 2 ) are produced by the activity of cells or tissues that are in one of a wall ( 6 ) and an optical device ( 21 ) for optically magnifying and observing the cells or tissues that are in the wall ( 6 ) are cultivated.

Apparatus for measuring cell potentials according to claim 23, further comprising an image memory device ( 22 ) for storing by the optical device ( 21 ), enlarged picture.